JPH08166305A - 半導体圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入出力特性のヒステリシスが小さく、温度特
性に再現性があり、信頼性が高い半導体圧力計を提供す
るにある。 【構成】 金属よりなるダイアフラムと、該ダイアフラ
ムの一面に一面が接して設けられた半導体チップと、該
半導体チップの他面に設けられた半導体圧力検出素子と
を具備する半導体圧力計において、前記金属のダイアフ
ラムの一面に一面が接して設けられ該一面側が前記金属
よりなり他面側がガラスよりなり前記一面側から前記他
面側に金属からガラスに組成が連続的に変化する傾斜材
料よりなる支持台と、該支持台の前記他面に一面が接し
て設けられた半導体チップと、該半導体チップの他面に
設けられた半導体圧力検出素子とを具備したことを特徴
とする半導体圧力計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入出力特性のヒステリ
シスが小さく、温度特性に再現性があり、信頼性が高い
半導体圧力計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、実開平２―６００４５
号に示されている。図において、１は半導体よりなるセ
ンサチップである。

【０００３】１１は、センサチップ１に設けられ、セン
サチップ１に、ダイアフラム１２を形成する凹部であ
る。１３はダイアフラム１２に設けられた歪検出センサ
である。２はセンサチップ１に一面が固定され凹部１１
と大気圧基準室２１を構成する基板である。

【０００４】２２は、基板２を貫通し大気圧基準室２１
に連通する貫通孔である。３は基板２の他面に一端が接
続され貫通孔２２と連通し他端が大気に開放される大気
導通パイプである。

【０００５】４は、大気導通パイプが固定されるベース
である。５は，ベース４に固定され、センサチップ１と
測定室５１を構成し、接液ダイアフラム５２と接液ダイ
アフラム室５３を構成するボディである。接液ダイアフ
ラム５２は、この場合は、ステンレスが使用されてい
る。５４は、測定室５１と接液ダイアフラム室５３とを
連通する連通孔である。

【０００６】５５は測定室５１と接液ダイアフラム室５
３と連通孔５４とを満たす封入液である。この場合は、
シリコンオイルが使用されている。５６はベース４を覆
うケースである。５７はボディ５を覆うケースである。

【０００７】以上の構成において、接液ダイアフラム５
２に測定圧Ｐｍが加わると、封入液５５を介して、ダイ
アフラム１２に測定圧Ｐｍが加わり、大気圧基準室２１
の大気圧との差圧が歪検出センサ１３により検出され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、接液ダイアフラム５２で受圧した測
定圧Ｐｍを歪検出センサ１３に伝達するには、封入液５
５を介しなければならない。

【０００９】封入液５５を、測定室５１と接液ダイアフ
ラム室５３と連通孔５４とに、気泡を残す事無くを満た
すには多くの時間、工数を要し、且つ、技術的に高度な
テクニックを要する。また、封入液５５は液体であるの
で、温度誤差の原因になり易い。

【００１０】以上の理由から金属の接液ダイアフラム５
２に直接にセンサチップ１を取付け、封入液５５を使用
しないことが考えられる。図５は、上記の考え方に基づ
いた、従来より一般に使用されている従来例の構成説明
図で、例えば、特開平４−２６７５６６号（特願平３−
５０６３３号）「高圧用半導体圧力センサ」、平成４年
９月２４日公開に示されている。

【００１１】図において、３１は金属よりなる圧力導入
管である。３１ａは、圧力導入管３１に設けられたダイ
アフラムである。この場合は、ステンレスよりなる。

【００１２】３２は、ダイアフラム３１ａの一面に一面
が接して設けられた半導体チップである。この場合は、
シリコンが用いられている。３３は、半導体チップ３２
に設けられた半導体圧力検出素子である。この場合は、
ピエゾ抵抗素子が形成されている。

【００１３】以上の構成において、圧力導入管３１に測
定圧Ｐｍが導入され、ダイアフラム３１ａの外側に基準
圧力Ｐｓが加わると、ダイアフラム３１ａは、測定圧Ｐ
ｍ―基準圧Ｐｓの差圧により変位する。この変位を電気
的に検出すれば、測定圧Ｐｍに対応した電気信号出力が
得られる。

【００１４】しかしながら、この様な装置においては、
金属よりなる圧力導入管３１と半導体チップ３２の、線
膨張係数、弾性特性等の機械的性質の差が大きいため
に、入出力特性のヒステリシスが大きく、温度特性に再
現性がない。

【００１５】本発明は、以上の問題点を解決するもので
ある。本発明の目的は、入出力特性のヒステリシスが小
さく、温度特性に再現性があり、信頼性が高い半導体圧
力計を提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、金属よりなるダイアフラムと、該ダイア
フラムの一面に一面が接して設けられた半導体チップ
と、該半導体チップの他面に設けられた半導体圧力検出
素子とを具備する半導体圧力計において、前記金属のダ
イアフラムの一面に一面が接して設けられ該一面側が前
記金属よりなり他面側がガラスよりなり前記一面側から
前記他面側に金属からガラスに組成が連続的に変化する
傾斜材料よりなる支持台と、該支持台の前記他面に一面
が接して設けられた半導体チップと、該半導体チップの
他面に設けられた半導体圧力検出素子とを具備したこと
を特徴とする半導体圧力計を構成したものである。

【００１７】

【作用】以上の構成において、圧力導入室に基準圧が導
入され、ダイアフラムの外側から測定圧が加わると、ダ
イアフラムは、測定圧―基準圧の差圧により変位する。
この変位を電気的に検出すれば、測定圧に対応した電気
信号出力が得られる。以下、実施例に基づき詳細に説明
する。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、
図２は図１の要部詳細図、図３は図２の平面図である。
図において、図５と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。以下、図５と相違部分のみ説明する。

【００１９】４１は、金属のダイアフラム３１ａの一面
に一面が接して設けられ、一面側４１ａがダイアフラム
３１ａと同じ金属よりなり、他面側４１ｂがガラスより
なり、一面側４１ａから他面側４１ｂに、金属からガラ
スに組成が連続的に変化する傾斜材料よりなる支持台で
ある。この場合は、支持台４１はダイアフラム３１ａに
溶接４１ｃされている。

【００２０】４２は、支持台４１の他面４１ｂに一面が
設けられた半導体チップである。４３は、半導体チップ
４２の他面に設けられた半導体圧力検出素子である。こ
の場合は、剪断形ゲージが用いられている。

【００２１】以上の構成において、圧力導入管３１に測
定圧Ｐｍが導入され、ダイアフラム３１ａの外側に基準
圧力Ｐｓが加わると、ダイアフラム３１ａ及び支持台４
１は、測定圧Ｐｍ―基準圧Ｐｓの差圧により変形する。
この変形により、半導体チップ４２にも応力σが作用す
る。この応力σにより、半導体圧力検出素子４３から測
定圧Ｐｍに対応した電気信号出力が得られる。

【００２２】この結果、 （１）温度誤差が生じ易く、装置の温度特性に大きな悪
影響を及ぼす封入液５５の使用を回避できるので、温度
特性が良好な半導体圧力計が得られる。 （２）封入液５５を使用しないでよいので、封入液５５
の封入時間、工数、高度封入技術が不要となり、安価に
製造でき、製造コストを低減出来る半導体圧力計が得ら
れる。

【００２３】（３）封入液５５の万一の漏れを嫌う様な
用途にも使用できるようになり、用途範囲が拡大出来る （４）圧力計としての最大許容圧力は、最近、圧力計に
多用されている半導体ダイアフラム形では、圧力計とし
ての最大許容圧力は、半導体の強度により制限されてい
たが、本発明は、傾斜材料よりなる支持台４１の採用に
より、金属ダイアフラム３１ａが使用できるので、高圧
用、衝撃圧用に使用出来る半導体圧力計が得られる。

【００２４】（５）温度変化があっても、傾斜材料より
なる支持台４１の採用により、金属ダイアフラム３１ａ
から半導体チップ４２まで、線膨張係数が連続的に変化
しているので、熱応力の発生を小さくする事ができる。
このために、半導体チップ４２が剥離する恐れを防止す
ることができ、信頼性が高く、高安定な半導体圧力計が
得られる。

【００２５】（６）傾斜材料よりなる支持台４１の採用
により、熱応力の発生を小さくする事ができるので、温
度特性の再現性が良く、温度特性も良好な半導体圧力計
が得られる。

【００２６】（７）傾斜材料よりなる支持台４１の採用
により、弾性係数等の機械的特性も略連続的となり、入
出力特性のヒステリシスが小さく、入出力特性が良好な
半導体圧力計が得られる。

【００２７】（８）支持体４１のダイアフラム３１ａへ
の接合が、従来の接着形等に対して、溶接４１ｃによる
固定が可能となるので、製造工程が簡単になり、接合が
確実で、かつ、製造コストが低減出来る半導体圧力計が
得られる。

【００２８】なお、前述の実施例において、金属ダイア
フラム３１ａへの支持台４１の溶接４１ｃは、Ｔｉｇ溶
接、電子ビーム溶接等でよく、要するに、金属ダイアフ
ラム３１ａと支持台４１との、固定及びシールが出来れ
ば良く、溶接の種類は問わない。

【００２９】また、金属ダイアフラム３１ａの材料は、
ステンレス以外でも良い。この場合、金属ダイアフラム
３１ａと溶接性が良い金属が、金属ダイアフラム３１ａ
と接する支持台４１の端部となるように、傾斜材料より
なる支持台４１を構成する。また、半導体圧力検出素子
４３は、歪み検出素子を４個使用してブリッジを構成す
るようにしても良いことは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、金属よ
りなるダイアフラムと、該ダイアフラムの一面に一面が
接して設けられた半導体チップと、該半導体チップの他
面に設けられた半導体圧力検出素子とを具備する半導体
圧力計において、前記金属のダイアフラムの一面に一面
が接して設けられ該一面側が前記金属よりなり他面側が
ガラスよりなり前記一面側から前記他面側に金属からガ
ラスに組成が連続的に変化する傾斜材料よりなる支持台
と、該支持台の前記他面に一面が接して設けられた半導
体チップと、該半導体チップの他面に設けられた半導体
圧力検出素子とを具備したことを特徴とする半導体圧力
計を構成した。

【００３１】この結果、 （１）温度誤差が生じ易く、装置の温度特性に大きな悪
影響を及ぼす封入液の使用を回避できるので、温度特性
が良好な半導体圧力計が得られる。 （２）封入液を使用しないでよいので、封入液の封入時
間、工数、高度封入技術が不要となり、安価に製造で
き、製造コストを低減出来る半導体圧力計が得られる。

【００３２】（３）封入液の万一の漏れを嫌う様な用途
にも使用できるようになり、用途範囲が拡大出来る （４）圧力計としての最大許容圧力は、最近、圧力計に
多用されている半導体ダイアフラム形では、圧力計とし
ての最大許容圧力は、半導体の強度により制限されてい
たが、本発明は、傾斜材料よりなる支持台の採用によ
り、金属ダイアフラムが使用できるので、高圧用、衝撃
圧用に使用出来る半導体圧力計が得られる。

【００３３】（５）温度変化があっても、傾斜材料より
なる支持台の採用により、金属ダイアフラムから半導体
チップまで、線膨張係数が連続的に変化しているので、
熱応力の発生を小さくする事ができる。このために、半
導体チップが剥離する恐れを防止することができ、信頼
性が高く、高安定な半導体圧力計が得られる。

【００３４】（６）傾斜材料よりなる支持台の採用によ
り、熱応力の発生を小さくする事ができるので、温度特
性の再現性が良く、温度特性も良好な半導体圧力計が得
られる。

【００３５】（７）傾斜材料よりなる支持台の採用によ
り、弾性係数等の機械的特性も略連続的となり、入出力
特性のヒステリシスが小さく、入出力特性が良好な半導
体圧力計が得られる。

【００３６】（８）支持体のダイアフラムへの接合が、
従来の接着形等に対して、溶接による固定が可能となる
ので、製造工程が簡単になり、接合が確実で、かつ、製
造コストが低減出来る半導体圧力計が得られる。

【００３７】従って、本発明によれば、入出力特性のヒ
ステリシスが小さく、温度特性に再現性があり、信頼性
が高い半導体圧力計を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の要部詳細図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

３１ 圧力導入管 ３１ａ ダイアフラム ４１ 支持台 ４１ａ 支持台 ４１ｂ 一面 ４１ｃ 他面 ４２ 半導体チップ ４３ 半導体圧力検出素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属よりなるダイアフラムと、該ダイアフ
   ラムの一面に一面が接して設けられた半導体チップと、
   該半導体チップの他面に設けられた半導体圧力検出素子
   とを具備する半導体圧力計において、 前記金属のダイアフラムの一面に一面が接して設けられ
   該一面側が前記金属よりなり他面側がガラスよりなり前
   記一面側から前記他面側に金属からガラスに組成が連続
   的に変化する傾斜材料よりなる支持台と、 該支持台の前記他面に一面が接して設けられた半導体チ
   ップと、 該半導体チップの他面に設けられた半導体圧力検出素子
   とを具備したことを特徴とする半導体圧力計。